巖石地區基坑排樁支護新型式設計

張群仲

（中鐵工程設計院有限公司，北京 100038）

巖石地區基坑排樁支護新型式設計

張群仲

（中鐵工程設計院有限公司，北京 100038）

以某地鐵車站主體圍護結構設計為例，開創性地設計出“無嵌固式‘吊腳樁’”這一全新的基坑支護型式，并對設計過程中關鍵控制點等技術成果做出全面匯總。基坑成功施做，可為類似工程提供借鑒；同時，基于此次成功施做經驗，對此種基坑支護新型式進行探討、研究，提出基坑設計理論新觀點。

基坑排樁支護；“吊腳樁”；圍巖

1 工程概況

1.1 車站簡介

該地鐵車站為地下雙層，10m站臺，島式車站，主體建筑面積為6 431m2。主體結構長172.8m，標準段寬18.5m，高13.1m，覆土深3.1～5.1m。周圍鄰近住宅區、酒店式公寓和城市主干道。

1.2 工程地質及水文地質

1.2.1 工程地質條件

本場地揭露的地層主要有以下幾種。

第四系全新統人工堆積層（Q4m）l：①素填土，厚1.10～5.50m。第四系上更新統坡洪積層（Q3dl+p）l：⑤1粉質黏土，層厚2.00m，⑤3含碎石粉質黏土，層厚2.20～3.40m。第四系中更新統殘積層（Q2e）l：⑥2紅黏土，層厚2.00～11.50m。震旦系南關嶺組石灰巖（Zwhn）：分布普遍，按風化程度可分為全風化、強風化、中風化及溶洞4個亞層：?全風化石灰巖，層厚2.50～13.50m，? 2強風化石灰巖，層厚0.50～4.50m，? 3中風化石灰巖，? 1溶洞。

1.2.2 水文地質條件

本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水[1]。地下水的類型主要為潛水。場區地層中的孔隙水與裂隙水局部具連通性。穩定水位埋深1.40～3.90m。

1.2.3 巖土物理力學指標(見表1)

表1 各層巖土物理力學指標

2 車站主體圍護結構設計

2.1 車站圍護結構方案選型[3，4]

綜合車站主體情況、周圍建（構）筑物和道路情況、地質條件等,確定采用明挖基坑排樁支護型式，坑外降水，主要支護參數為：

采用φ1000mm＠1400mm灌注樁，三道鋼支撐對撐，鋼支撐采用φ609mm鋼管，壁厚t=14mm，橫撐水平間距為4.0m。第一道鋼支撐設于冠梁上，其余鋼支撐通過水平鋼圍檁支撐在灌注樁上。圍護樁緊貼結構施做，組成復合式結構。如圖1所示。

圖1 標準段剖面圖

2.2 基于現行理論的計算

根據現行規范及理論，結合本基坑參數，采用理正深基坑計算軟件進行計算，計算結果包括強度、變形、穩定，均滿足現行規范要求。

3 基坑支護新型式 --無嵌固式“吊腳樁”設計

3.1 施工中遇到的問題按照施工圖紙，施工單位展開圍護樁施工。由于該地區多為巖石地層，圍護樁施工一般采用人工挖孔法，遇較硬巖石時多用爆破方式開挖。隨著圍護樁的開挖，現場施工發現地下巖石很“硬”，很難繼續向下開挖，每次僅能爆破10cm以內。此時圍護樁尚未挖到基坑底，離嵌入坑底2.5m的要求相差更多，形成了“吊腳”。這種樁的比例大約占總數的一半，如果仍按原要求施工，施工時間將大大延長，投資

增加；尤其在雨季施工，會增加施工風險。

3.2 問題的解決方案研究

為了解決問題，我們進行了大量的研究計算，包括與地質勘察部門就巖石的技術參數進行了深入研究和探討。

3.2.1 傳統做法的“吊腳樁”

基于現行理論，圍護結構需伸至最危險滑裂面以下，以提供抗滑力與滑裂面內下滑力平衡，從而確定嵌固深度。

巖石地區基坑上部為土體，下部為巖石，若巖石巖性、整體性足夠好（黏聚力c、內摩擦角φ足夠大），則最危險滑裂面并不通過基坑底，而是位于土巖分界面處[2]。比如陡峭的懸崖，即使上部承受一定的壓力，巖體自身可以保持穩定（巖層上部的土層壓力，見圖2）。

以上觀點雖尚無成熟理論，卻被廣泛應用于巖石地區基坑支護中，并得以充分驗證，這就是“吊腳樁”支護型式——基坑四周預留肥槽：采用分離式結構；圍護樁采用預應力錨索拉錨；樁底嵌入巖體中，預留一定寬度巖肩，以保證樁底穩定；下部巖體成一定坡度，網噴護坡，必要時施做巖石錨桿（見圖3）。

圖2 最危險滑裂面位置示意圖

圖3 “吊腳樁”支護型式

3.2.2 與傳統做法“吊腳樁”的比較

本基坑與“吊腳樁”支護型式的不同之處在于：圍護樁緊貼結構施做，無法施做錨索拉錨；樁底處未留巖肩；下部巖體側壁垂直基坑底，無坡度。

若下部巖體巖性、整體性足夠好，即使承受上部土體壓力，巖體側面無坡度（垂直基坑底面）當然可以保持自身穩定。若用鋼支撐代替錨索，強度及穩定性也可滿足要求。巖肩給予樁底向基坑外側的約束力完全可由鋼支撐提供。既如此，目前的支護型式理論上當然可以滿足基坑穩定性要求，無巖肩、無嵌固的“吊腳樁”支護型式也可以成立。

3.2.3 設計措施

基于上述分析，采取工程措施，保證現場圍護樁的邊界條件與傳統“吊腳樁”一致，充分利用基坑的時間和空間效應[1]，加強現場監測，減少系統風險。主要措施如下。

1）圍護樁需入巖2m，做好內支撐，確保設計預加軸力。

2）基坑采用中間拉槽施工，兩側邊留設1m巖石臺背，中間基坑落底后逐步剝離，并逆做錨噴混凝土。

3）務必遵循先支撐后開挖原則，同時鋼支撐做好可靠的軟連接，防止墜落。

4）將第三道鋼支撐下移0.7m，以減小樁體懸臂段長度；

5）第二、第三道鋼支撐進行加密處理，水平間距由4m改為3m，鋼支撐由φ609mm、t=14mm調整為t=16mm。

6）個別樁的樁底位于第三道鋼支撐以上，第三道撐對其無法產生支撐作用，需采取切實有效措施進行處理，如預應力錨索。

7）底板澆筑完成并達到強度要求后，拆除第三道撐前，在側墻底部腋角上方合理位置，做換撐施工，間距、壁厚同第三道撐。側墻隨底板做起至盡量高 的位置，以形成對樁底的約束，待側墻混凝土強度達到100%后方可架設換撐（位置盡量靠上），繼而拆除第三道撐，換撐位置側墻做好相關預埋件。

8）樁底附近巖石不得采用爆破開挖，保證樁底巖石不受擾動。

9） 樁底下巖體打設錨桿（φ25mm錨桿，孔徑120mm@2m×2m，L=5m,梅花形布置）并進行掛網噴混凝土支護；

10）基坑開挖及主體結構施做均分段進行，每段長度6～10m，環向施工縫設置在1/4～1/3梁跨處。

11）由于圍護樁底部無固端約束，基坑整體穩定性無法判定，需加強監測（地面、樁體、鋼支撐等），并做好應急預案，一旦監測數據出現異常，應立刻采取有效措施，并及時匯報。

12）根據以上建議措施，先取8m左右槽段做試驗段，并將整個試驗過程詳細、如實記錄，及時上報。以判斷其可行性并完善方案，經相關分析研究后方可進行下一段施工。

3.2.4 試驗結果

施工方嚴格按設計方案施工，各項監測指標均滿足規范要求，試驗段施做成功。

4 該型式的實施關鍵點、適用范圍及推廣價值

4.1 該支護型式的關鍵點

1）圍護樁雖不必嵌入基坑底，但仍需嵌入中風化巖一段長度，一般不小于2m。

2）基坑采用中間拉槽施工，兩側邊留一定長度巖石臺背，中間基坑落底后逐步剝離臺背。

3）此支護型式應先取試驗段試做，期間加強監測，試做成功后方可繼續進行，關鍵即是對巖性的整體評估。

4.2 該支護型式的適用范圍

因巖石硬度、風化程度、節理發育程度等差異較大，巖石的地質勘測一般取塊狀樣本進行，往往僅限于抗壓強度，很難對巖體的整體性質做出準確描述，故何種巖石適用此種支護型式很難界定。

表2 圍巖基本分級

參照《鐵路隧道設計規范》（TB 100030—2005），引入“圍巖”概念。圍巖的基本分級應由巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個因素確定；巖石堅硬程度和巖體完整程度，應采用定性劃分和定量指標兩種方法綜合確定[5]。圍巖等級綜合了巖石硬度和完整程度，基本分級見表2。

經會同地質及設計專家研究，建議Ⅲ級及以上圍巖等級可試做該支護型式。

4.3 推廣價值

此種支護型式——無嵌固式“吊腳樁”，當然不僅限于適用，對采用“圍護樁”支護的基坑。同樣，對采用地下連續墻支護的基坑，若圍巖情況滿足要求也可試做。目前國內尚無針對巖石地區基坑支護計算的成熟理論，一般參照土體邊坡的計算理論。本次設計研究，創造性地提出了一種新的巖石地區基坑支護型式，填補了該項領域的空白，豐富了明挖基坑支護形式。可為類似地質條件下的基坑工程提供借鑒，拓寬現場處理類似問題的思路和方法，可極大降低工程造價，提高施工效率。

【1】楊圣奇.裂隙巖石力學特性研究及時間效應[M].科學出版社，2011.

【2】羅強，朱國平，王德龍，等.巖石錨固新技術的工程應用[M].北京：人民交通出版社，2014.

【3】JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程[S].

【4】GB 50330—2013建筑邊坡工程技術規范[S].

【5】TB 10003—2005鐵路隧道設計規范[S].

Design of the New Type of Foundation Pit SupportingPileinRockArea

ZHANG Qun-zhong
(China Railway Engineering Design InstituteCo.Ltd.,Beijing 100038，China)

In thispaper,takingadesigningofasubwaystationmainbody retainingstructure asanexample,wecreativelydesigned thisnew foundation pit support type,which"has no built-in type end-suspended pile".It made a comprehensive summary to the technological achievements of the critical control points in the process of design,foundation pit successfully done,it can provide reference for sim ilar projects.Atthesametime,basedon thesuccessfulexperience,thiskindof foundationpitsupportingnew typewerediscussedand researched, putforward thenew theory ideas offoundationpitdesign.

thefoundation pit supportingpile;the“end-suspendedpile”;thesurrounding rock

TU921；TU94+2

B

1007-9467（2016）08-0067-04

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.014

2016-04-05

張群仲（1967～），男，河北大名人，高級工程師，從事結構設計與管理研究，（電子信箱）zhangqunzhong@sohu.com。